Интерферометр с N -щелью является расширением двухщелевого интерферометра, также известного как двухщелевой интерферометр Юнга. Одно из первых известных применений N -щелевых матриц в оптике было проиллюстрировано Ньютоном . [1] В первой половине двадцатого века Майкельсон [2] описал различные случаи дифракции на N -щелях .
Фейнман [3] описал мысленные эксперименты по исследованию двухщелевой квантовой интерференции электронов, используя обозначения Дирака . [4] Этот подход был распространен на интерферометры с N -щелями Дуарте и его коллегами в 1989 году [5] с использованием лазерного освещения с узкой шириной линии, то есть освещения неразличимыми фотонами. Первым применением N -щелевого интерферометра было создание и измерение сложных интерференционных картин. [5] [6] Эти интерферограммы точно воспроизводятся или предсказываются интерферометрическим уравнением с N -щелями как для четных ( N = 2, 4, 6,...), так и для нечетных ( N = 3, 5, 7, ...), количество щелей. [6]
Лазерный интерферометр с N -щелью , предложенный Дуарте [5] [6] [10], использует призматическое расширение луча для освещения пропускающей решетки или матрицы с N -щелями и матрицы фотоэлектрических детекторов (например, ПЗС или КМОП ) на интерференционная плоскость для регистрации интерферометрического сигнала. [6] [10] [11] Расширенный лазерный луч, освещающий решетку N -щелей, является однопоперечномодовым и имеет узкую линию. Этот луч также может принимать форму луча, чрезвычайно вытянутого в плоскости распространения и чрезвычайно тонкого в ортогональной плоскости, за счет введения выпуклой линзы перед призматическим расширителем. [6] [10] Такое использование одномерного (или линейного) освещения устраняет необходимость поточечного сканирования в микроскопии и микроденситометрии . [6] [10] Таким образом, эти инструменты можно использовать как прямые интерферометры с N -щелями или как интерферометрические микроскопы .
Раскрытие этой интерферометрической конфигурации привело к использованию цифровых детекторов в N -щелевой интерферометрии. [5] [11]
Эти интерферометры, первоначально представленные для применения в визуализации [6] , также полезны в оптической метрологии и были предложены для безопасной оптической связи в свободном пространстве [ 7] [12] между космическими кораблями. Это связано с тем, что распространяющиеся N -щелевые интерферограммы страдают от катастрофического коллапса из-за попыток перехвата с использованием макроскопических оптических методов, таких как расщепление луча. [7] Последние экспериментальные разработки включают наземные внутриинтерферометрические трассы длиной 35 метров [8] и 527 метров. [9]
Эти большие и очень большие интерферометры с N -щелями используются для изучения различных эффектов распространения, включая микроскопические помехи при распространении интерферометрических сигналов. Эта работа позволила впервые наблюдать дифракционные картины, наложенные на распространяющиеся интерферограммы. [9]
Эти дифракционные картины (как показано на первой фотографии) создаются путем вставки волокна паутины (или нити паутины ) в путь распространения интерферограммы. Положение волокон паутины перпендикулярно плоскости распространения. [9]
N -щелевые интерферометры, использующие большие внутриинтерферометрические расстояния, являются детекторами турбулентности ясного воздуха . [8] [9] Искажения, вызванные турбулентностью ясного неба в интерферометрическом сигнале, отличаются как по характеру, так и по величине от катастрофического коллапса, возникающего в результате попытки перехвата оптических сигналов с использованием макроскопических оптических элементов. [13]
Первоначальное применение N -щелевого лазерного интерферометра заключалось в интерферометрической визуализации . [6] [10] [14] В частности, одномерно расширенный лазерный луч (с поперечным сечением 25-50 мм и высотой 10-25 мкм) использовался для освещения поверхностей изображения (таких как пленки галогенида серебра ) для измерить микроскопическую плотность освещенной поверхности. Отсюда и термин интерферометрический микроденситометр . [10] Разрешение вплоть до нано-режима может быть обеспечено с помощью интеринтерферометрических расчетов . [6] При использовании в качестве микроденситометра N -щелевой интерферометр также известен как лазерный микроденситометр. [14]
Расширенный лазерный луч с множеством призм также описывается как чрезвычайно удлиненный лазерный луч . Удлиненный размер луча (25-50 мм) находится в плоскости распространения, а очень тонкий размер (в микрометровом режиме) луча находится в ортогональной плоскости. Это было продемонстрировано для приложений визуализации и микроскопии в 1993 году. [6] [10] Альтернативные описания этого типа чрезвычайно удлиненного освещения включают термины «линейное освещение», «линейное освещение», «освещение тонким световым слоем» (в микроскопии светового листа) и «плоское освещение». освещение (в микроскопии с селективным плоскостным освещением).
Интерферометры с N -щелями представляют интерес для исследователей, работающих в области атомной оптики, [15] построения изображений Фурье, [16] оптических вычислений, [17] и квантовых вычислений. [18]